ГОСТ Р 50.05.02-2018. Национальный стандарт Российской Федерации. Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений и наплавленных покрытий
7 Проведение ультразвукового контроля
7.1 Подготовка к ультразвуковому контролю
7.1.1 Ознакомление с объектом контроля
7.1.1.1 Перед началом УЗК контролер обязан:
- получить задание (заявку) на контроль с указанием типа и номера СС и его расположения на контролируемом объекте (узле, трубопроводе), объема контроля, толщины и диаметра сварных элементов, номеров чертежа и перечня конструктивных отклонений, влияющих на контроледоступность соединения;
- ознакомиться с ТКК, технологическим процессом, конструкцией и особенностями технологии выполнения СС, а также с документацией, в которой указаны допущенные отклонения от установленной технологии и результаты предшествующего контроля;
- убедиться в отсутствии недопустимых наружных несплошностей;
- удостовериться в том, что ширина усиления соответствует требованиям федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающим требования к сварке и наплавке оборудования и трубопроводов АЭУ, а ширина подготовленной под УЗК зоны - требованиям 6.8.8.
7.1.2 Разметка изделия
7.1.2.1 Контролируемое СС должно быть размечено.
7.1.2.2 Разметка включает отметку границ шва и наплавки, разбиение на участки длиной не более 500 мм и их маркировку. Разметка должна соответствовать разметке для радиографического контроля, если он предусмотрен ТД.
7.1.2.3 Кольцевые СС трубопроводов рекомендуется разбивать на участки по аналогии с часовым циферблатом.
7.1.2.4 Антикоррозионное наплавленное покрытие следует разметить на участки площадью не более 0,25 м2 и большей стороной не более 1 м.
7.1.2.5 Разметка должна быть предусмотрена технологическим процессом изготовления, должно быть обеспечено ее воспроизведение на всех стадиях проведения УЗК данного изделия. Начало и направление отсчета участков должны быть замаркированы постоянным клеймом на изделии и отмечены в ТКК.
7.1.3 Последовательность методических операций ультразвукового контроля
7.1.3.1 УЗК СС и наплавки проводят в следующей последовательности:
- настраивают диапазон развертки дефектоскопа;
- устанавливают поисковый, контрольный и браковочный уровни чувствительности (см. 7.1.4);
- проводят сканирование и прозвучивание;
- при обнаружении эхо-сигнала от несплошности определяют его максимум;
- если высота эхо-сигнала ниже контрольного уровня, то продолжают сканирование;
- если высота эхо-сигнала равна или превышает контрольный уровень, то измеряют и записывают характеристики несплошностей;
- оценивают допустимость несплошностей и качество СС путем сравнения измеренных значений характеристик с нормативными значениями с учетом погрешности измерения (норм точности) (см. 7.3.1.9);
- фиксируют результаты УЗК.
7.1.4 Настройка аппаратуры
7.1.4.1 Настройку диапазона развертки следует проводить таким образом, чтобы сигналы от несплошностей в любом участке СС находились в пределах экрана дефектоскопа.
7.1.4.2 Настройку диапазона развертки при УЗК СС толщиной менее 12 мм рекомендуется проводить по угловому отражателю в НО согласно схеме, данной на рисунке 7.
1 - максимальный эхо-сигнал от нижней зарубки;
2 - максимальный эхо-сигнал от верхней зарубки
Рисунок 7 - Схема настройки развертки по угловым отражателям
7.1.4.3 Настройку диапазона развертки при УЗК СС толщиной 12 мм и более проводят по глубиномеру дефектоскопа. При этом границы рабочей зоны экрана (контроля) устанавливают по значениям минимально и максимально возможной глубины залегания несплошностей.
Примечание - При УЗК прямым лучом глубину залегания несплошности измеряют как расстояние от наружной поверхности, а при УЗК однократно отраженным лучом - как сумму толщины стенки и расстояния от внутренней поверхности соединения до несплошности.
7.1.4.4 Настройку глубиномера проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации дефектоскопа по донным эхо-сигналам, эхо-сигналам от двугранных углов или вогнутой поверхности КО или по НО с отверстиями на различной глубине.
7.1.4.5 Допускается настраивать глубиномер и диапазон развертки по эхо-сигналу от двугранного угла шлифованного прямоугольного бруска ("плавающий" отражатель, удерживаемый магнитом и акустически связанный со шлифованным торцом СО-2 или НО через слой контактной смазки).
7.1.4.6 Диапазон развертки при УЗК наплавки настраивают по плоскодонным отверстиям в НО согласно схемам, приведенным на рисунках 8 - 10, или по донному сигналу.
Hн - толщина наплавленного покрытия;
d - диаметр плоскодонного отверстия; S - площадь дна
плоскодонного отверстия (d и S - маркировать)
Рисунок 8 - НО для УЗК РС ПЭП перлитного (а)
и аустенитного (б) наплавленного покрытия кромок
и схема настройки дефектоскопа (в)
S - площадь плоскодонного отверстия; H - толщина образца;
Hн - глубина плоскодонного отверстия, равная
толщине наплавленного покрытия
Рисунок 9 - Схема настройки дефектоскопа (а) и НО для УЗК НП
перлитного и аустенитного наплавленного покрытия (б)
а - схема настройки дефектоскопа; б - УЗК со стороны
основного металла; в - УЗК со стороны наплавленного
покрытия; г - УЗК через наплавленное покрытие; d - диаметр
плоскодонного отверстия; S - площадь плоскодонного
отверстия; H - толщина основного металла;
Hн - толщина наплавленного покрытия
Рисунок 10 - НО для УЗК антикоррозионного
наплавленного покрытия
7.1.4.7 При УЗК СС толщиной от 150 мм и более настройку глубиномера следует проводить с учетом затухания УЗ.
7.1.4.8 Для ПЭП с углом ввода от 60° до 78° настройку дефектоскопа и измерение фактического угла ввода рекомендуется проводить при температуре, равной той, при которой проводят УЗК. При различии этих температур следует учитывать изменение угла ввода. Температурные поправки угла ввода для ПЭП с призмой из органического стекла определяют по графику, приведенному на рисунке 11.
Рисунок 11 - Зависимость угла ввода (а) от температуры
для ПЭП с номинальными углами ввода (1);
60° (2); 65° (3) и 70° (4)
7.1.4.9 Настройку чувствительности проводят в целях обеспечения выявления несплошностей, подлежащих фиксации в данном СС.
Для настройки чувствительности допускается использовать следующие сигналы и/или отражатели:
- донный сигнал от параллельной (или эквидистантной) или наклонной поверхности (донной);
- плоскодонное отверстие;
- прямой двугранный угол контактной или донной поверхности и вертикальной плоскости (донный сигнал);
- двугранный угол донной или контактной поверхности и вертикального паза в виде прямоугольника (зарубки), или сегмента круга, или боковой поверхности паза, в том числе переменной высоты;
- цилиндрическое отверстие (горизонтальное или вертикальное) и сигналы от его цилиндрической части (боковое цилиндрическое отверстие) или от двугранного угла, образуемого донной или контактной поверхностью и отверстием.
7.1.4.10 При настройке устанавливают следующие уровни чувствительности:
а) браковочный, при котором проводят оценку допустимости обнаруженной несплошности по амплитуде эхо-сигнала.
Браковочный уровень (максимально допустимая эквивалентная площадь) устанавливают в соответствии с ПК СС и наплавленных покрытий;
б) контрольный, при котором проводят измерение характеристик обнаруженных несплошностей и оценку их допустимости по предельным значениям характеристик (условной протяженности, высоте и др.).
Контрольный уровень (наименьшая фиксируемая эквивалентная площадь) устанавливают путем повышения чувствительности на 6 дБ от браковочного уровня;
в) поисковый, при котором проводят поиск несплошностей.
Поисковый уровень устанавливают путем повышения чувствительности на 6 дБ от контрольного уровня.
7.1.4.11 Браковочный, контрольный и поисковый уровни устанавливают отдельно для каждой обнаруженной несплошности в зависимости от глубины ее залегания.
Допускается устанавливать одно значение поискового уровня для контролируемого сварного соединения по максимально возможной глубине залегания несплошности.
7.1.4.12 Настройку чувствительности при УЗК СС толщиной менее 12 мм проводят по угловым отражателям (рисунок 12а).
а - при УЗК СС толщиной менее 12 мм;
б - при УЗК СС толщиной 12 мм и более
Рисунок 12 - Схемы получения сигналов, в том числе опорных,
при настройке чувствительности
Допускается настраивать чувствительность по вертикальному или горизонтальному цилиндрическому отверстию, сегменту при условии воспроизведения браковочного или контрольного уровней чувствительности контроля с погрешностью не более +/- 1 дБ.
Допускается настраивать чувствительность по двугранному углу. При этом разница между сигналом от угла и браковочного (или контрольного) уровня чувствительности должна быть указана в КД.
7.1.4.13 Настройку чувствительности при УЗК СС толщиной 12 мм и более проводят с помощью искусственных отражателей в НО и/или КО (рисунок 12б) и/или АРД-диаграмм. Примеры настройки представлены в приложении Ж.
7.1.4.14 Допускается проводить настройку чувствительности и определение эквивалентной площади (диаметра) обнаруженных несплошностей по НО с плоскодонными отверстиями.
7.1.4.15 Допускается использование НО с плоскодонными отверстиями, площади которых отличаются от регламентируемых ПК значений, при условии корректировки чувствительности на величину
, (7)
где Sнорм и Sобр - площадь плоскодонного отверстия по нормативам ПК и фактически выполненного отверстия в образце соответственно. Допускается определять величину корректировки по АРД-диаграммам по приложению Ж. При этом величина не должна превышать 12 дБ.
7.1.4.16 Для СС толщиной не более 20 мм допускается проводить настройку чувствительности по угловым отражателям по приложению Ж (пример 1).
7.1.4.17 Для получения опорных сигналов допускается использовать отражатели в виде поверхностей, прямых углов НО или изделия. При этом разница между опорным сигналом и настраиваемым уровнем чувствительности должна быть указана в КД.
7.1.4.18 При настройке чувствительности по двугранному углу образца вместо плоскости, перпендикулярной УЗ-лучу, следует учитывать, что при работе ПЭП с углами ввода от 37° до 52° эхо-сигналы от угла и плоскости отличаются не более чем на +/- 0,5 дБ, а при работе ПЭП с углом ввода от 57° до 65° эхо-сигнал от угла менее эхо-сигнала - от плоскости на (10 +/- 1) дБ. Для углов ввода поперечных волн от 32° до 36° и от 57° до 65° этот способ настройки допускается использовать только в исключительных случаях.
7.1.4.19 Сглаживание вершины угла путем снятия фаски (под углом 45°) допускается в пределах, регламентируемых согласно данным, приведенным в таблице 5. При этом искажение эхо-сигнала не превышает +/- 1 дБ.
Таблица 5
Максимально допустимая ширина фаски Bф
в вершине двугранного угла образца
Частота, МГц | Bф +/- 1 мм при толщине образца | |
От 70 до 120 мм | Св. 120 мм | |
2 +/- 0,5 | 1,5 | 3 |
4 +/- 1 | 1 | 2 |
При УЗК на продольные несплошности кольцевых СС трубных элементов отраженным лучом с настройкой по плоскопараллельным образцам или по опорным сигналам, полученным прямым лучом, следует учитывать потери энергии на внутренней цилиндрической поверхности околошовной зоны контролируемого СС. Для этого вводят поправки , определяемые экспериментально или в соответствии с графиком на рисунке 13. Значение поправки округляют до ближайшего целого значения.
Рисунок 13 - Поправка на потери чувствительности
при отражении от донной поверхности кольцевых СС
трубных элементов для совмещенных ПЭП на частотах
от 1,25 до 5 МГц с углами ввода от 40° до 50°
7.1.4.20 При УЗК наплавленного покрытия на кромках СС чувствительность настраивают по плоскодонным отверстиям в НО или АРД-диаграммам. Примеры конструкций НО для УЗК наплавки на кромках показаны на рисунках 8а, б и 9а, а схема настройки диапазона развертки и браковочного уровня чувствительности - на рисунках 8в и 9б, где S и d - нормативные значения эквивалентных площади и диаметра.
7.1.4.21 При УЗК антикоррозионного аустенитного наплавленного покрытия чувствительность настраивают по НО, представленным на рисунке 10, или АРД-диаграммам.
7.1.4.22 Глубина залегания дна отверстия в НО по рисунку 10б не должна отличаться от номинальной толщины наплавленного покрытия более чем на 1 мм при толщине наплавленного покрытия не более 12 мм и более чем на 2 мм при большей толщине. Толщина наплавленного покрытия и высота отверстия в образце, представленном на рисунке 10а, в, должны быть равными минимальной толщине наплавленного покрытия +/- 1 мм контролируемого изделия.
НО изготавливают из тех же материалов и по той же технологии, что и контролируемое изделие. НО, представленные на рисунке 9а, допускается изготавливать из основного металла толщиной (H + HН) без наплавленного покрытия. Образцы могут быть изготовлены в виде фрагментов образцов, приведенных на рисунке 8.
7.1.4.23 Следует проводить настройку чувствительности по НО в случаях УЗК:
- в ближней зоне ПЭП;
- РС ПЭП изделий толщиной от 3 до 10 мм;
- притертыми ПЭП.
7.1.4.24 При работе с дефектоскопами, обеспечивающими выравнивание эхо-сигналов от равновеликих несплошностей в зоне контроля с границей отклонения +/- 1,5 дБ значения амплитуды, настройку чувствительности проводят согласно приложению Ж.
7.1.4.25 Применяемые при УЗК дефектоскопы и ПЭП должны быть электрически согласованы.
7.1.4.26 При настройке и УЗК продольными волнами прямым совмещенным ПЭП изделий, имеющих аустенитное наплавленное покрытие на контактной поверхности, добавляют поправку в соответствии с толщиной наплавленного покрытия и потерей чувствительности при прохождении УЗ через наплавленное покрытие (рисунок 14).
f = от 1,8 до 2,5 МГц
(для f = 2 МГц, затухание равно 0,35 дБ/мм)
Рисунок 14 - Ослабление донного сигнала за счет затухания
в наплавленном покрытии из аустенитной стали различной
толщины при УЗК продольной волной нормальным ПЭП
7.1.4.27 При УЗК СС по схеме "тандем" установку браковочного уровня по перечислению а) 7.1.4.10 и оценку эквивалентного диаметра (площади) обнаруженной несплошности проводят с помощью АРДТ-диаграммы (рисунок 15) относительно опорного донного сигнала , получаемого непосредственно на изделии развернутыми навстречу друг другу ПЭП (рисунок 15). Рабочую зону развертки устанавливают путем стробирования опорного сигнала.
1 - ПРИЗ 1,8 - 30°; 2 - ПРИЗ 1,8 - 40°; 3 - ПРИЗ 1,8 - 50°;
4 - ПРИЗ 2,5 - 30°; 5 - ПРИЗ 2,5 - 40°; 6 - ПРИЗ 2,5 - 50°;
7 - ИЦ 1,8 - 50° (ПНЦ); 8 - ИЦ 1,8 - 30°, 1,8 - 40° (ПНЦ),
WB 35 - N2, MWB 35 - N2; 9 - ИЦ 2,5 - 30°, 40°, 50° (ПНЦ),
WB45 - N2, MWB 45 - N2
Рисунок 15 - АРД-диаграмма схемы "тандем" (АРТД-диаграмма)
7.1.4.28 Настройку аппаратуры и оценку несплошностей при УЗК СС сферических корпусов задвижек трубопроводов Ду100 - Ду200 проводят в соответствии с приложением И.
7.2 Проведение ультразвукового контроля
7.2.1 УЗК проводят контактным способом, перемещая ПЭП по поверхности изделия вручную.
7.2.2 УЗК СС при продольном (вдоль шва) сканировании НП проводят путем перемещения ПЭП по поверхности сварных элементов параллельно оси сварного шва с одновременным возвратно-поступательным перемещением перпендикулярно оси (рисунок 16).
а - при УЗК СС толщиной менее 60 мм; б - при УЗК СС
толщиной 60 мм и более; в - траектория сканирования;
Xmax - максимальное удаление ПЭП от шва
Рисунок 16 - Схемы сканирования сварного соединения
УЗК прямым ПЭП проводят путем его перемещения по поверхности СС или сварного элемента вдоль или поперек шва.
7.2.3 Величина продольного (вдоль шва) шага сканирования не должна превышать половины максимально допустимой условной протяженности одиночной несплошности, расположенной на половине толщины СС.
7.2.4 Для СС толщиной более 100 мм допускается устанавливать шаг сканирования равным половине диаметра/ширины пьезоэлемента.
7.2.5 УЗК антикоррозионного наплавленного покрытия проводят путем построчного сканирования перпендикулярно наплавленным валикам с шагом не более половины диаметра (ширины) ПЭП при УЗК со стороны основного металла и не более половины условной протяженности предельно допустимого отражателя при УЗК со стороны наплавленного покрытия.
7.2.5.1 При сканировании РС ПЭП направления электроакустического экрана и наплавки должны совпадать.
7.2.5.2 При УЗК по размеченным участкам перекрытие у границ участков должно быть не менее шага сканирования ПЭП.
7.2.5.3 В процессе сканирования необходимо обеспечивать постоянный акустический контакт ПЭП с поверхностью наплавленного покрытия.
7.2.6 При УЗК изделий цилиндрической формы рекомендуется применение насадок на ПЭП и других вспомогательных средств, стабилизирующих его положение.
7.2.7 Скорость сканирования не должна превышать 150 мм/с.
7.2.8 Ширину зоны сканирования (см. Xmax на рисунке 16) определяют с помощью соответствующих НО или с учетом толщины свариваемых элементов геометрическим построением или расчетом в соответствии с 6.8.8 и указывают в ТКК.
7.2.9 В процессе перемещения ПЭП проводят его повороты относительно собственной вертикальной оси в точке выхода от 10° до 15°.
7.2.10 В процессе сканирования необходимо обеспечивать постоянный акустический контакт ПЭП с поверхностью свариваемых элементов.
7.3 Анализ результатов
7.3.1 Измерение характеристик несплошностей
7.3.1.1 При обнаружении несплошностей с амплитудой эхо-сигнала, равной или большей контрольного уровня, определяют:
- координаты;
- максимальную амплитуду эхо-сигнала (максимальную эквивалентную площадь);
- условную протяженность или класс идентификации по протяженности (протяженный - непротяженный);
- условную высоту;
- характеристики формы и ориентации несплошностей.
7.3.1.2 Условную высоту, характеристики формы и ориентации несплошностей определяют в случаях, предусмотренных правилами контроля, или в целях получения дополнительной информации о несплошности.
7.3.1.3 Координаты h, x и L (рисунок 17) измеряют при появлении в рабочей зоне экрана дефектоскопа эхо-сигнала следующим образом:
- координату h (глубина залегания) определяют для СС толщиной более 8 мм прямым отсчетом по глубиномеру, или по шкале развертки, или расчетом;
- координату x - по известному значению угла ввода расчетом, или по индикатору дефектоскопа, или отсчетом по градуированной шкале развертки, или по координатным линейкам;
- координату L - как место расположения несплошности вдоль продольной оси шва.
Рисунок 17 - Схема измерения координат несплошности (а)
и амплитуды эхо-сигнала (б)
Координаты измеряют при положении ПЭП, соответствующем максимальной амплитуде эхо-сигнала от несплошности. Последнюю устанавливают равной половине высоты экрана дефектоскопа.
Если настройка глубиномера проводилась по СО-2, то при глубине залегания несплошностей более 150 мм измеренная на дефектоскопе глубина несплошности может отличаться от реальной из-за квазиискривления акустического луча, связанного с затуханием УЗ в металле.
7.3.1.4 Амплитуду эхо-сигнала измеряют по показаниям аттенюатора при заданной высоте на экране дефектоскопа. Измерение максимальной эквивалентной площади несплошности проводят по максимальному сигналу независимо от направления прозвучивания, при котором он получен.
7.3.1.5 Условную протяженность (рисунок 18а) измеряют как расстояние между крайними положениями ПЭП при его перемещении вдоль несплошности. При этом крайними положениями ПЭП считают те, при которых амплитуда эхо-сигнала уменьшается до контрольного уровня чувствительности.
- условная протяженность;
- условная высота
Рисунок 18 - Схемы измерения условной протяженности (а)
и условной высоты (б) несплошности
При УЗК кольцевых СС трубных элементов условную протяженность вычисляют по измеренному значению
условной протяженности по формуле
, (8)
где D - наружный диаметр трубных элементов;
h - глубина залегания несплошности.
7.3.1.6 Условную высоту (рисунок 18б) измеряют как разность значений глубины залегания несплошности в крайних положениях ПЭП, при которых амплитуда эхо-сигнала уменьшается до контрольного уровня чувствительности.
7.3.1.7 Условную высоту протяженной несплошности измеряют в том месте, где эхо-сигнал имеет наибольшую амплитуду. Условную высоту определяют только для несплошностей, отстоящих от внутренней или наружной поверхности СС более чем на 5 мм.
7.3.1.8 Несплошности в количестве двух или более учитывают раздельно (разрешаются), если эхо-сигналы от них, наблюдаемые на экране одновременно или последовательно при перемещении ПЭП по поверхности изделия, разделены интервалом (на линии развертки или вдоль линии сканирования), где амплитуда уменьшается на 6 дБ или более относительно меньшего эхо-сигнала. Если это условие не выполняется, то несплошности рассматриваются как одна.
7.3.1.9 Предел погрешности измерения амплитуд эхо-сигналов не должен превышать +/- 2 дБ. Относительное среднее квадратическое отклонение (СКО) погрешности (стандартная неопределенность) измерения эквивалентной площади не должно превышать 50%. СКО погрешности измерения условной протяженности не должно превышать 5 мм для толщины не более 200 мм и 10 мм для толщин более 200 мм. Погрешность (расширенная неопределенность) измерения условной высоты не должна превышать удвоенного предела погрешности глубиномера дефектоскопа.
7.3.1.10 Число одиночных несплошностей или их суммарную эквивалентную площадь определяют по длине сварного шва или площади антикоррозионной наплавки соответственно.
При этом расстояние между двумя отдельными несплошностями определяют как расстояние между двумя ближайшими положениями ПЭП, при которых сигнал от одной несплошности уменьшается до контрольного уровня, а сигнал от другой достигает контрольного уровня.
7.3.1.11 При необходимости оценки размеров, формы и ориентации несплошностей следует использовать специализированные методики, основанные на применении дифракционно-временного метода, метода антенных (фазированных) решеток многоэлементными ПЭП и др., прошедшие оценку соответствия в форме испытаний и согласно методикам, приведенным в приложениях К и Л.
7.3.1.12 При интерпретации результатов УЗК следует учитывать особенности УЗК СС различных конструкций, изложенные в приложении М.
7.4 Оценка допустимости несплошностей
7.4.1 Допустимость зафиксированных несплошностей оценивают в соответствии с требованиями действующих ПК.
7.4.2 При оценке допустимости несплошностей по протяженности их классифицируют на протяженные и непротяженные (точечные) по приложению Л.
7.4.3 Несплошность считают поперечным дефектом типа "Т" по ГОСТ Р 55724-2013, если при прозвучивании в направлении продольной оси шва ее эквивалентная площадь Sп.о.п независимо от условной протяженности равна 50% или более величины наименьшей фиксируемой эквивалентной площади, а при расположении ПЭП под углом (90 +/- 15)° к продольной оси шва его эквивалентная площадь менее 50% Sп.о.п.
7.4.4 Браковочный уровень при пооперационном контроле СС и наплавок, подвергаемых окончательной термообработке, рекомендуется снижать (повышать чувствительность) на 3 дБ, учитывая вероятность увеличения эхо-сигнала от несплошности после термообработки.
7.4.5 Рекламации предприятия-заказчика должны быть основаны на данных контроля с учетом погрешностей по 7.3.1.9, выполненного в соответствии с настоящим стандартом и ТКК изготовителя. При этом окончательную оценку эквивалентной площади несплошности проводят по АРД-диаграммам (шкалам).
7.4.6 При обосновании допускаемых изменений браковочного уровня для получения дополнительной информации о конфигурации и ориентации несплошности следует использовать указания 7.3.1.11.
7.4.7 Если обнаруженная несплошность залегает в пределах ближней зоны ПЭП, то ее окончательную оценку рекомендуется проводить другим ПЭП с длиной ближней зоны, меньшей расстояния до дефекта, или сравнением с контрольным отражателем максимально допустимой эквивалентной площади, выполненным на глубине залегания несплошности.
